In this study, inelastic displacement ratios are investigated for existing systems with known lateral strength considering soil structure interaction. For this purpose, SDOF systems for period range of 0.1-3.0 s with different hysteretic behaviors are considered for a number of 18 earthquake motions recorded on soft soil. The effect of stiffness degradation on inelastic displacement ratios is investigated. The Modified Clough model is used to represent structures that exhibit significant stiffness degradation when subjected to reverse cyclic loading and the elastoplastic model is used to represent non-degrading structures. Soil structure interaction analyses are conducted by means of equivalent fixed base model effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. A new equation is proposed for inelastic displacement ratio of system with SSI with elastoplastic or degrading behavior as a function of structural period ($\tilde{T}$), strength reduction factor (R) and period lengthening ratio ($\tilde{T}$/T). The proposed equation for $\tilde{C}_R$ which takes the soil-structure interaction into account should be useful in estimating the inelastic deformation of existing structures with known lateral strength.
In South Korea, problems caused by material deterioration of time-worn concrete structures have been increased recently. Because severe material deterioration could damage the structure's safety, it's important to evaluate the old structure's condition and structural capacity regularly to keep its proper performance. The safety evaluation of concrete structures has been initiated and performed periodically since 1995 according to a guideline in accordance with a law in Korea. The guideline prescribes the evaluation types, intervals and methods of the target structure. A lot of cost and labor have been invested every year to carry out the regular safety evaluation. However, it's not clear that the current manual could inspect the old structure's condition and assess the structural capacity precisely. Thus, the verification study initiated to figure out the Korean safety evaluation manual's practicalness. First, the Korean manual was analyzed and then compared with that of other countries for concrete bridges which are representative concrete structure. After that, the previously written evaluation reports were collected and analyzed to find out how the safety evaluation has been carried out. Based on the study results, the parts requiring verification of the manual were drawn. A research program is in progress in order to verify the parts by performing tests with actual structural members from decommissioned concrete bridges.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.99-107
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2022
Existing reinforced concrete building structures constructed before 1988 have seismically-deficient reinforcing details, which can lead to the premature failure of the columns and beam-column joints. The premature failure was resulted from the inadequate bonding performance between the reinforcing bars and surrounding concrete on the main structural elements. This paper aims to quantify the bond-slip effect on the dynamic responses of reinforced concrete frame models using finite element analyses. The bond-slip behavior was modeled using an one-dimensional slide line model in LS-DYNA. The bond-slip models were varied with the bonding conditions and failure modes, and implemented to the well-validated finite element models. The dynamic responses of the frame models with the several bonding conditions were compared to the validated models reproducing the actual behavior. It verifies that the bond-slip effects significantly affected the dynamic responses of the reinforced concrete building structures.
Zu Irfan;Abdullah Abdullah;Azmeri Azmeri;Moch. Afiffuddin;Rifqi Irvansyah
Earthquakes and Structures
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v.25
no.1
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pp.43-56
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2023
Banda Aceh is one of the areas that sustains the most damage during a natural disaster because it contains so many houses, office buildings, public facilities, and schools. Public structures in coastal areas are highly susceptible to earthquakes, resulting in high casualties and property damage. Several public structures were reconstructed during the reconstruction and rehabilitation period. Because this building is located in an area with a high risk of earthquakes, its capacity must be analyzed initially. Additionally, history indicates that Aceh Province has been struck by numerous earthquakes, including the largest ever recorded in 1983 and the most recent earthquake with a magnitude of 9.3 SR on December 26, 2004. The city of Banda Aceh was devastated by this earthquake, which was followed by a tsunami. The possibility of a large earthquake in Banda Aceh City necessitates that the structures constructed there be resistant to seismic risk. This study's objective was to evaluate the seismic performance of the existing building by applying the method of strengthening the structure in the form of jacketing columns and the addition of steel bracing in order to estimate the performance of the structure using multiple ground motions. Therefore, several public buildings must be analyzed to determine the optimal seismic retrofitting technique.
Seismic assessment and retrofitting of existing structure is a complicated work that typically requires more sophisticated analyses than performing a new design. Before the implementation of a Code for seismic design of buildings (GBJ 11-89), not enough attention has been paid on seismic performance of structures and a great part of the existing reinforced concrete structures built in China have been poorly designed according to the new version of the same code (GB 50011-2010). This paper presents a case study of seismic assessment of a non-seismically designed reinforced concrete building in China. The structural responses are evaluated using the nonlinear static procedure (the so-called pushover analysis), which requires its introduction within a process that allows the estimation of the demand, against which the capacity is then compared with. The capacity of all structural members can be determined following the design code. Based on the structural performance, suitable retrofitting strategies are selected and implemented to the existing system. The retrofitted structure is analyzed again to check the effectiveness of the rehabilitation. Different types of retrofitting strategy are discussed and classified according to their complexity and benefits. Finally, a proper intervention methodology is utilized to upgrade this typical low-rise non-ductile building.
Seismic upgrading of existing structures is a technical and social issue aimed at risk reduction. Sustainable design is one of the most important challenges in any structural project. Nowadays, many retrofit strategies are feasible and several traditional and innovative options are available to engineers. Basically, the design strategy can lead to increase structural ductility, strength, or both of them, but also stiffness regulation and supplemental damping are possible strategies to reduce seismic vulnerability. Each design solution has different technical and economical performances. In this paper, four different design solutions are presented for the retrofit of an existing RC frame with poor concrete quality and inadequate reinforcement detailing. The considered solutions are based on FRP wrapping of the existing structural elements or alternatively on new RC shear walls introduction. This paper shows the comparison among the considered design strategies in order to select the suitable solution, which reaches the compromise between the obtained safety level and costs during the life-cycle of the building. Each solution is worked out by considering three different levels of seismic demand. The structural capacity of the considered retrofit solutions is assessed with nonlinear static analysis and the seismic performance is evaluated with the capacity spectrum method.
Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.1
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pp.45-50
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2015
This study performed a finite element crash analysis of support structures made of various composite materials for road facilities. The effects of different material properties of composites for various parameters are studied using the finite element commercial package for this study. In this study, the existing finite element analysis of composite post structures using the LS-DYNA program is further extended to compare dynamic behaviors against car crash of the structures made of various composite materials. The several numerical examples show the comparison of the nonlinear dynamic effects for different materials.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.5
no.2
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pp.15-20
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2014
This study carried out passenger safety assessment by real car crash simulation of composite post structures for road facilities. The effects of different material properties of composites for various parameters are studied using the LS-DYNA finite element program for this study. In this study, the existing finite element analysis of steel post structures using the LS-DYNA program is further extended to study dynamic behaviors of the structures made of various composite materials. The numerical results for various parameters are verified by comparing different models with displacements and stress distribution occurred in the post and car.
This study deals with new application method of the connecting tuned mass damper (CTMD) system for efficient vibration control of adjacent twin structures which have the same dynamic properties such as natural frequency and damping characteristics to each other. In the existing research, the vibration control of the twin structures has a limit to the application of the conventional damper-connection method of the twin structures. Due to the same frequency characteristics leading to the equally vibrating behaviors, it is impossible to apply the conventional connection method of the adjacent structures. In order to overcome these limitations induced by the symmetry of the dynamic characteristics, we propose a new CTMD-based control system that adopts the conventional connection configuration but unbalances the symmetric system by arranging the control device asymmetrically and then can finally achieve the efficient control performance. In order to demonstrate the applicability of the proposed system, numerical simulations of the optimally designed proposed system have been performed in comparison with the optimal design results of the existing independent single tuned mass damper (STMD) control system and the another optimal control system previously proposed by the same author, hereafter called CTMD-OsTMD. The comparative results of the control performances among STMD, CTMD-OsTMD and the proposed CTMD systems verified that the newly proposed control system can be a control-efficient and cost-effective system for vibration suppression of the two adjacent twin structures.
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